系統識別號 | U0002-2808201211285500 |
---|---|
DOI | 10.6846/TKU.2012.01239 |
論文名稱(中文) | 螞蟻演算法應用於結構最佳化設計 |
論文名稱(英文) | Optimum Design of Structure by Ant Colony Optimization |
第三語言論文名稱 | |
校院名稱 | 淡江大學 |
系所名稱(中文) | 航空太空工程學系碩士班 |
系所名稱(英文) | Department of Aerospace Engineering |
外國學位學校名稱 | |
外國學位學院名稱 | |
外國學位研究所名稱 | |
學年度 | 100 |
學期 | 2 |
出版年 | 101 |
研究生(中文) | 侯爵 |
研究生(英文) | Jyue-Hou |
學號 | 699430657 |
學位類別 | 碩士 |
語言別 | 繁體中文 |
第二語言別 | |
口試日期 | 2012-07-05 |
論文頁數 | 69頁 |
口試委員 |
指導教授
-
張永康(ykchang@mail.tku.edu.tw)
委員 - 洪建君(hung@hdu.edu.tw) 委員 - 陳步偉(pchen@mail.tku.edu.tw) |
關鍵字(中) |
螞蟻演算法 費洛蒙系統 最佳化設計 |
關鍵字(英) |
Ant Colony Optimization Pheromone System Optimum Design |
第三語言關鍵字 | |
學科別分類 | |
中文摘要 |
本研究應用螞蟻演算法於結構最佳化設計中,螞蟻演算法是種模仿自然界螞蟻覓食的現象進行問題求解之步驟,屬於仿生物演算法的一種,因此也具備了仿生物演算法其搜尋範圍較大與較不易落入區域最佳解的優點。藉由螞蟻演算法具有全域隨機搜尋的特性,本研究將結構最佳化問題轉換為數學函數,並利用合適的轉換機制,配合費洛蒙系統的路徑追尋和路徑更新以獲得結構最佳設計值。在求解的過程中,發現本方法應用於結構最佳化設計問題時,能有效的改善最佳解並且滿足限制條件。 本研究以ANSYS有限元素分析軟體中的APDL語法與FORTRAN程式結合成一系統程式。並以六個不同範例驗證了螞蟻演算法於結構之最佳化設計上可以得到不錯的結果。 |
英文摘要 |
The Ant Colony Optimization was applied to optimum structural design in this study. Ant Colony Optimization is to mimic the behavior of ants finding a good path to the food, which is one of the artificial biological algorithms. Therefore, it has the merits of global searching strategy without falling into local optimum. The structural optimization problem can be transformed into mathematical functions then the problem can be solved by using appropriate transition mechanism, and combined the path searching/updating of pheromone system. During the process of solving problems, the study showed that the computational efficiency can be improved and the constraint is satisfied. A systematic program which combined FORTRAN with APDL in ANSYS was developed in this study. Six Numerical examples will be compared with the results of other literature to demonstrate the capability if the proposed method. |
第三語言摘要 | |
論文目次 |
目錄 中文摘要…………………………………………………………….........I 英文摘要...................................................................................................II 目錄..........................................................................................................III 圖目錄......................................................................................................V 表目錄.....................................................................................................VI 第一章 緒論..............................................................................................1 1.1 研究動機.....................................................................................1 1.2 文獻回顧.....................................................................................2 1.3 研究方法.....................................................................................6 第二章 螞蟻演算法..................................................................................7 2.1 理論基礎.....................................................................................7 2.2 螞蟻演算法介紹.........................................................................8 2.2.1 螞蟻系統.............................................................................8 2.2.2 蟻族系統...........................................................................10 2.2.3 評等螞蟻系統...................................................................12 2.2.4 極大-極小化螞蟻系統......................................................13 第三章 結構最佳化................................................................................15 3.1 前言...........................................................................................15 IV 3.2 螞蟻系統於結構最佳化...........................................................15 3.2.1 螞蟻系統於結構最佳化初始設定...................................16 3.2.2 螞蟻系統於結構最佳化與TSP的差異............................17 3.2.3 螞蟻路徑的選取機率.......................................................19 3.2.4 目標函數...........................................................................20 3.2.5 費洛蒙更新.......................................................................21 3.3 結構最佳化設計流程...............................................22 第四章 數值分析.................................................. .................................24 4-1 範例一:十桿件桁架結構輕量化設計.....................................25 4-2 範例二:直升機尾桁結構輕量化設計.....................................27 4-3 範例三:四層壓電複合薄板結構之輕量化設計.....................29 4-4 範例四:六層壓電複合薄板結構之輕量化設計.....................32 4-5 範例五 : 二十五桿件桁架結構輕量化設計.........................36 4-6 範例六: 單層懸臂薄板結構輕量化設計...............................38 第五章 結論............................................................................................40 參考文獻..................................................................................................57 附錄一 論文簡易版……………………………………………………62 V 圖目錄 圖一 螞蟻演算法應用於結構最佳化設計流程圖................................23 圖二 範例一 十桿件桁架結構尺寸圖..................................................42 圖三 範例二 直昇機尾桁結構外型及負載圖......................................43 圖四 範例三 四層壓電複合薄板結構外型圖......................................44 圖五 範例四 六層壓電複合薄板結構外型圖......................................45 圖六 範例五 二十五桿件桁架結構尺寸外型圖..................................46 圖七 範例六 單層懸臂薄板結構外型圖..............................................47 VI 表目錄 表一 範例一 有限元素分析初始值與最佳值比較..............................48 表二 範例二 直升機尾桁之桿件分類..................................................49 表三 範例二 有限元素分析初始值與最佳值比較..............................50 表四 範例三 有限元素分析初始值與最佳值比較..............................51 表五 範例四 有限元素分析初始值與最佳值比較..............................52 表六 範例五 二十五桿件桁架結構各節點受力..................................53 表七 範例五 二十五桿件桁架結構節點座..........................................54 表八 範例五 有限元素分析初始值與最佳值比較..............................55 表九 範例六 有限元素分析初始值與最佳值比較.............................. |
參考文獻 |
參考文獻: [1] Colorni,A., Dorigo,M., and Maniezzo,V., “Distributed optimization by ant colonies,” Proceedings of the 1st European Conference on Artificial Life, pp.134-142,Paris,1991 [2] Yu, I.K., Chou, C.S. and Song, Y.H., “Application of the ant colony search algorithm to short-term generation scheduling problem of thermal units”, Power System Technology, 1998. Proceedings. POWERCON '98. 1998 International Conference on , Vol. 1, pp. 552 -556 ,1998. [3] Maniezzo,V., and Colorni,A., “The ant system applied to the Quadratic Assignment Prlblem,”IEEE Trans. Knowledge and Data Engineering 05,pp.769-778,1999. [4] Middendorf,M., Reischle,F., and Schmeck,H., ”Information Exchange in Multi Colony Ant Algorithms,”Journal of Heuristics,pp.305-320,2000. [5] Monmarche,N., Venturini,G., and Slimane,M., “On how Pachycondyla apicalis ants suggest a new search algorithm”, Future Generation Computer Systems, Vol. 16, No. 8, pp. 937-946, 2000. [6] Dreo,J.,and Siarry,P.,”A New Ant Colony Algorithm Using the Heterarchical Concept Aimed at Optimization Continuous Functions,”Ant Algorithms 2002,LNCS2463,pp.216-221,2002. 58 [7] McMullen,P.R.,”An ant colony optimization approach to addressing a JIT sequencing problem with multiple objective,”Artificial Intelligence in Engineering 15,pp.309-317,2001. [8] Tabi,E-G., Roux,O., Fonlupt,C., and Robillard,D., ”Parallel ant colonies for the quadratic assignment problem,”Future Generation Computer Systems,Vol.17,pp.441-449,2001. [9] Handl,J., and Meter,B., “Improved Ant-based clustering and Sorting in a Document Retrieval Interface,” Internation Conference on Parallel Problem Solving from Nature),Granada,Spain,pp.913-923,2001. [10] Blum,C., and Sampels,M., ”Ant colony Optimization for FOP Shop scheduling:A case study on different pheromone representation,” Evolutionary Computation,CEC’02,pp.1558-1563,2002. [11] Gutjahr,W.J., ”ACO algorithms with guaranteed convergence to the optimal solution,” Information processing Letters 82, pp.145-453,2002. [12] 賴羿暹,利用螞蟻演算法於桁架結構最佳化設計,大同大學 碩士論文,2004年。 [13] Hani,Y., Amodeo,L., Yalaoui,F., and Chen,H., ”Ant colony optimization for solving an industriallayout problem,” European Journal of Operational Research,183,pp.633-642,2005. 59 [14] 鄭佳珮,螞蟻演算法求解公路汽車客運業車輛人員排班問題,中華大學碩士論文,2008年。 [15] Sashi Kumar,G.N., Mahendra,A.K., and Gouthaman,G., “Multi-objective shape optimization using ant colony coupled computational fluid dynamics solver”, Computers and Fluids ,46 (1) , pp. 298-305 ,2011. [16] Dorigo, M., Maniezzo, V., and Colorni, A., “Ant System: Optimization by A Colony of Cooperating Agents, IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics-part B: Cybernetics, Vol. 26, No. 1, pp. 29-41,1996. [17] Dorigo, M., and Gambardella, L.M., “Ant colony system: A cooperative learningapproach to the traveling salesman problem,” IEEE Transactions on Evoluationary Computation, Vol.1-1, pp.53-66,1997. [18] Bullnheimer, B., Hartl, R. F., and Strauss, C., “A New Rank based Version of the Ant System: A Computational Study,” Technical report POM 3/97, Institute of Management Science, University of Vienna, Austria,1997. [19] Stutzle, T., and Hoos, H.H., “MAX-MIN Ant System”, Future Generation Computer Systems, Vol.16, No. 8, pp. 889-914,2000. 60 [20] 劉敬文,結合基因演算法與線性規劃法於結構最佳化設計,淡 江大學航空太空工程研究所碩士論文,2010年。 [21] 陳景文,改良式移動漸近線法於結構之最佳化設計,淡江大學航空太空工程研究所碩士論文,2009年。 [22] 黃建翰,應用逐次線性規劃法結合移動限制技術於結構最佳化設計之研究,淡江大學航空太空工程研究所碩士論文,2007年。 [23] 柯星竹,應用遺傳演算法與類神經網路於結構最佳化設計之研究,淡江大學航空太空工程學系研究所碩士論文,2006年。 [24] 郭純孜,應用移動漸進線法於結構之最佳化設計,淡江大學航空太空工程研究所碩士論文,2008年。 [25] 陳俊偉,壓電薄板結構之最佳化設計,淡江大學航空太空工程研究所碩士論文,2004年。 [26] 鄭博育,啟發式桁架斷面尺寸最佳化設計,國立交通大學土木工程研究所碩士論文,2005年。 61 [27] 邱兆宇,具可靠度拘束桁架最佳化設計-使用改良的遺傳演算法,國立台灣科技大學機械工程系碩士論文,2009年。 |
論文全文使用權限 |
如有問題,歡迎洽詢!
圖書館數位資訊組 (02)2621-5656 轉 2487 或 來信